Классификация автомобильной продукции и потребительские свойства автомобилей

 

Качество автомобиля - это совокупность потребительских свойств, обусловливающих его пригодность удовлетворять потребности человека в соответствии со своим назначением.

Потребительские свойства легковых автомобилей включают комплексные групповые свойства (функциональные, эргономические, эстетические свойства, надежность, безопасность, экономичность и т.д.) и единичные свойства.

Автомобиль является частью системы «автомобиль - водитель - дорога - среда», и его свойства проявляются во взаимодействии с элементами этой системы. При проектировании конструкции автомобиля учитываются условия эксплуатации и их влияние на потребительские свойства автомобилей.

Условия эксплуатации автомобиля - это совокупность дорожных, транспортных и природно-климатических условий, в которых используется автомобиль [6.c 59].

Дорожные условия характеризуются профилем и планом дороги, рельефом местности, видом и ровностью дорожного покрытия.

Транспортные условия характеризуются интенсивностью движения, помехами движению, стабильностью дорожного состояния, режимом движения.

Природно-климатические условия характеризуются температурой, влажностью, атмосферным давлением, характером и типами осадков, частотой смены этих условий и другими показателями. Климатические условия влияют на работу двигателя, трансмиссии, шин, обусловливают изменение потребительских свойств автомобилей при эксплуатации. Например, температура воздуха +20°С является стандартной, при ней система охлаждения двигателя поддерживает температуру охлаждающей жидкости и масла от 80 до 100°С, что обеспечивает нормальную работу двигателя.

Большие отклонения температуры окружающего воздуха от стандартного значения (как понижение, так и повышение) вызывают нарушение нормального теплового режима двигателя и ухудшают показатели скоростных свойств и топливной экономичности автомобиля.

От температуры окружающего воздуха зависит время, необходимое для достижения установившейся температуры в агрегатах трансмиссии, а температура масла в трансмиссии определяет ее сопротивление, то есть КПД.

Температура окружающего воздуха оказывает существенное влияние на сопротивление качению шин.

Назначение автомобиля определяется конструктивными особенностями и функциональными свойствами.

Конструктивные особенности характеризуют следующие показатели:

тип кузова;

тип трансмиссии;

тип двигателя;

число и расположение цилиндров;

показатели массы (масса неснаряженного автомобиля, масса транспортного средства в снаряженном состоянии, полная конструктивная масса автомобиля);

габаритные размеры автомобиля (длина, ширина, высота без нагрузки);

полезная ширина салона, полезная длина салона, база автомобиля, размер шин и др.

Масса транспортного средства в снаряженном состоянии (снаряженная масса) - это масса порожнего транспортного средства с кузовом и сцепным устройством в случае тягача или масса шасси с кабиной, если завод-изготовитель не устанавливает кузов и (или) сцепное устройство, включая массы охлаждающей жидкости, масла, 90% топлива, 100% других жидкостей (за исключением использованной воды), инструментов, запасного колеса, водителя (75 кг) [6.c 74].

Функциональные свойства определяют приспособленность автомобиля к эксплуатации в качестве наземного транспортного средства. Они подразделяются на следующие свойства:

скоростные свойства;

тяговые свойства;

управляемость;

устойчивость;

маневренность;

проходимость;

пассажировместимость;

грузовместимость;

грузоподъемность.

Функциональные свойства легковых автомобилей в первую очередь зависят от показателей двигателя.

Скоростные свойства - это совокупность свойств, которые определяют диапазоны изменения скоростей движения и предельные интенсивности разгона автомобиля в различных дорожных условиях. Водитель выбирает скорость движения автомобиля с учетом эксплуатационных условий и возможного диапазона скоростей.

Диапазон скоростей - это интервал от максимального значения скорости до минимального по условиям устойчивой работы двигателя. Чем тяжелее дорожные условия, тем уже диапазон скоростей и меньше ускорения.

Скоростные свойства зависят от показателей конструкции, трансмиссии; показателей двигателя; эксплуатационного состояния автомобиля (степени износа деталей). На скоростные свойства влияют состояние дорожного покрытия и шин автомобиля (коэффициент сцепления колес с дорогой); аэродинамического сопротивления движению автомобиля (коэффициент аэродинамического сопротивления).

Скоростные свойства характеризуются:

максимальной скоростью;

приемистостью.

Максимальная скорость - это наибольшая скорость, достигаемая автомобилем на высшей передаче при полной подаче топлива на измерительном участке дороги. Максимальная скорость зависит от максимальной мощности двигателя или сцепления ведущих колес с дорогой.

Минимальная скорость автомобиля не нормируется стандартом и представляет собой наименьшее значение скорости по условиям устойчивой работы двигателя [7.c 146].

Приемистость - это способность автомобиля быстро увеличивать скорость движения. Приемистость характеризуется временем разгона на 4-й и 5-й передачах на скорости от 60 до 100 км/ч; временем разгона с 0 до 100 км/ч с нагрузкой (водителем и пассажиром).

Тяговые свойства характеризуются силой тяги на крюке (максимальная на низшей передаче) - способностью автомобиля к буксированию прицепов; стандартом для легковых автомобилей не нормируется.

Управляемость автомобиля - это совокупность свойств, характеризующих автомобиль как объект управления.

Управление автомобилем - это целенаправленная организация процесса движения автомобиля, которая является главной функцией водителя. Управление осуществляется на основе анализа информации об условиях движения и о результатах управления. Автомобиль движется по криволинейной траектории, возникающей из-за наличия криволинейных участков дороги, действия на автомобиль внешних возмущений, воздействий водителя.

Направленное движение автомобиля водитель выполняет с помощью рулевого колеса, он изменяет курсовые и боковые характеристики движения, выполняет повороты.

Автомобили разных моделей по-разному реагируют на одинаковые управляющие воздействия. Реакция автомобиля на управление характеризуется угловой скоростью изменения курсового угла, боковой скоростью и ускорением; усилиями, необходимыми для поворота рулевого колеса. Управляемость автомобилем зависит от его конструктивных особенностей.

Устойчивость автомобиля - это способность автомобиля сохранять движение по заданной траектории, противодействуя силам, вызывающим его занос и опрокидывание, в различных дорожных условиях при высоких скоростях движения.

Устойчивость движения автомобиля зависит от конструктивных (например, жесткости подвески) и эксплуатационных (управляющих воздействий водителя, внешних возмущений) факторов.

Возмущения - это случайные силы, возникающие при взаимодействии колес с неровностями дороги, с аэродинамическими силами, с наклоном дороги и их кинематическими последствиями.

Различаются следующие виды устойчивости:

поперечная при прямолинейном движении (курсовая устойчивость);

поперечная при криволинейном движении;

продольная.

Нарушение курсовой устойчивости проявляется в изменении направления движения автомобиля по дороге и может быть вызвано действием боковой силы ветра, разными величинами тяговых или тормозных сил на колесах левого или правого борта, их буксованием или скольжением, большим люфтом рулевого управления, неправильными углами установки колес и т.д.

Нарушение поперечной устойчивости при криволинейном движении вызывает занос или опрокидывание автомобиля под действием центробежной силы.

Нарушение продольной устойчивости проявляется в буксовании ведущих колес при преодолении затяжных подъемов, покрытых льдом, и сползании автомобиля назад [7.c 159].

Для повышения автоматизации управляемости автомобилем разработана система ESP. В процессе движения автомобиля система получает информацию от датчиков о числе оборотов колес, об угле поворота рулевого колеса, о положении педали акселератора, об угловой скорости, о поперечном ускорении и сравнивает траекторию, задаваемую водителем, с фактической. При отклонении автомобиля от заданного курса (заносе) система автоматически притормаживает определенное колесо и возвращает автомобиль на заданную траекторию.

Маневренность - это способность автомобиля изменять свое положение под управлением водителя на ограниченной площади в условиях, требующих движения по траекториям большой кривизны, с резким изменением направления движения, в том числе и задним ходом.

Маневренность характеризуется внешним минимальным габаритным радиусом поворота. Это расстояние от центра поворота до наиболее выступающих частей кузова при максимальных углах поворота управляемых колес.

Проходимость автомобиля - это совокупность свойств, обеспечивающих способность автомобиля преодолевать препятствия, двигаться в ухудшенных дорожных условиях (влага, снег, деформируемый грунт) и по бездорожью - уклонам, барьерным, дискретным препятствиям.

В зависимости от проходимости транспортные средства подразделяются на дорожные (обычной проходимости), повышенной проходимости, высокой проходимости.

Автомобили дорожные предназначены для езды по дорогам с твердым покрытием. Конструктивными признаками дорожных автомобилей являются: отсутствие полного привода («колесная формула» автомобилей - 4x2), шины с дорожным или универсальным рисунком протектора.

Автомобили повышенной проходимости предназначены для езды по дорогам с твердым покрытием, бездорожью, преодоления мелководных преград. Их конструктивными признаками являются полный привод, колеса, оснащенные широкопрофильными, арочными, тороидными шинами с грунтозацепами, системой регулирования давления воздуха в шинах. Автомобили повышенной проходимости в большинстве случаев имеют трансмиссию с блокируемым дифференциалом и средствами самовытаскивания.

Транспортные средства высокой проходимости предназначены для использования в условиях бездорожья, преодоления естественных и искусственных препятствий, а также водных преград. Такие транспортные средства называются вездеходами. Они отличаются своеобразной компоновочной схемой, полным приводом, наличием в трансмиссии самоблокирующихся дифференциалов, использованием специальных шин (сверхнизкого давления, пневмокатков и т.д.). Вездеходы часто оснащаются водяным движителем и пригодны для передвижения по воде.

В практике показателями опорной проходимости являются сцепная масса, удельная мощность, мощность сопротивления качению, мощность сопротивления движению, полная сила тяги, свободная сила тяги, коэффициент свободной силы тяги.

Сцепная масса - часть массы, создающая нормальные нагрузки ведущих колес автомобиля. Ее считают одним из основных показателей, определяющих уровень проходимости.

Коэффициент сцепной массы - отношение сцепной массы к полной массе автомобиля.

Механическая безопасность транспортных средств для водителя и пассажиров определяется по различным методикам (краш-тестами).

Наиболее известны в мировой практике методики EuroNCAP, NHTSA, IIHS, NASVA, ANCAP, C-NCAP, нормы ЕСЕ R94.(European New Car Assessment Program) - это международное некоммерческое объединение, проводящее тестирование безопасности легковых автомобилей.(National Highway Traffic Safety Administration) - американская правительственная организация, служащая для обеспечения безопасности на дорогах.(Insurance Institute for Highway Safety) - Американский институт дорожной безопасности.(National Agency for Automotive Safety & Victims Aid) - японская национальная организация автомобильной безопасности и помощи жертвам ДТП.(Australian New Car Assessment Program) - Организация Australian NCAP проводит краш-тестирование автомобилей, использующихся в Австралии и Новой Зеландии.NCAP - методика, разработанная Китайским автомобильным исследовательским центром (CATARC). По ней тестируются автомобили, выпущенные в Китае совместными предприятиями и китайскими национальными производителями.

ЕСЕ R94 - автомобильный технический стандарт Европейского союза.

Экологическая безопасность автомобилей обусловлена уровнем и характером вредного воздействия на окружающую среду.

Экологическая опасность автомобиля связана в первую очередь с отработавшими газами двигателя внутреннего сгорания. В крупных городах отработавшие газы являются основным источником загрязнения воздуха. Автомобиль за километр пробега выбрасывает в атмосферу около 100 г. токсичных газов. Отработавшие газы содержат более 300 вредных соединений: оксид углерода СО, углеводороды СН, оксиды азота NO_x, твердые частицы (сажа), оксиды серы, соли свинца. Среднесуточные предельно допустимее концентрации в-атмосфере (г/м³): СО - 0,0010, СН - 0,0015, NО₂ - 0,000085.

Наибольший вред наносят оксид азота, оксид серы, сажа, альдегиды, оксид углерода, углеводороды, бенз(а) пирен, аммиак.

При сгорании бензола образуются полициклические ароматические углеводороды (наиболее активный бенз(а) пирен), которые обладают канцерогенными свойствами. Высокое содержание серы в автомобильных бензинах увеличивает выбросы оксидов серы, которые токсичны для человека, животного и растительного мира, разрушают конструкционные материалы [5. c. 87].

Токсичность отработавших газов неэтилированных бензинов в основном определяется содержанием в них ароматических углеводородов.

ГОСТ 4.396-88 «Система показателей качества продукции. Автомобили легковые» содержит следующий перечень экологических показателей: содержание вредных веществ в отработавших газах бензиновых двигателей (%), дымность отработавших газов бензиновых двигателей (%), уровень внешнего шума (дБ(А).

Обязательные требования к выбросам легковых автомобилей содержатся в Техническом регламенте «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ» (утв. постановлением Правительства РФ от 12 октября 2005 г. №609).

В европейских странах принято более 100 правил в области экологической безопасности транспортных средств, в России они пока приняты не полностью.

Пути повышения экологической безопасности транспортных средств:

Повышение топливной экономичности, улучшение смесеобразования и сгорания топлива в цилиндрах, более равномерное распределение топлива по цилиндрам, правильное дозирование, применение электронных и электромеханических систем впрыскивания, бесконтактных транзисторных систем зажигания, использование форкамерно-факельных процессов и послойного зажигания снижают СО.

Периодическое техническое обслуживание и своевременный ремонт систем и агрегатов автомобиля, влияющих на расход топлива, определяют концентрацию токсичных примесей в отработавших газах.

Разработка и внедрение систем нейтрализации отработавших газов. Нейтрализация токсичных компонентов отработавших газов с использованием химических реакций окисления и (или) восстановления является наиболее эффективным способом снижения токсичности. С этой целью в выпускную систему двигателя устанавливается термический реактор (нейтрализатор).

Без катализаторов полное преобразование оксида углерода и несгоревших углеводородов происходит при температурах от 700 до 850°С при условии избытка кислорода. Нейтрализовать оксиды азота при этом невозможно, так как обязательным условием их восстановления является недостаток свободного кислорода.

В присутствии катализаторов температура нейтрализации снижается и создается возможность преобразования всех токсичных компонентов.

На основе экологической опасности транспортного средства определяется экологический класс.

Экологический класс - классификационный код, характеризующий транспортное средство в зависимости от уровня выбросов вредных загрязняющих веществ.

Эргономические свойства - удобство управления автомобилем, комфорт езды, комфортабельность салона.

Удобство управления автомобилем зависит от доступности элементов управления и легкости их использования, обзорности места водителя.

Элементы управления и систем контроля, которые водитель использует систематически, размещаются в непосредственной близости от водителя. Элементы, размещенные рядом с водителем, не должны отвлекать его и мешать свободе движений.

Легкость использования элементов управления зависит от усилия, которое водителю необходимо приложить для переключения рычагов управления (педалей, рычага переключения передач). Усилие не должно быть слишком сильным или слишком незначительным. При тяжелом переключении элементов управления водитель может не справиться с управлением или затратить много времени на переключение, при слишком легком - переключение может быть случайным или неверно заданным.

Обзорность - это конструктивное свойство транспортного средства, характеризующее объективную возможность и условия восприятия водителем визуальной информации, необходимой для безопасного и эффективного управления транспортным средством.

Обзорность места водителя зависит от конструкции кузова и правильности посадки водителя. Правильность посадки обеспечивается регулировкой посадочного кресла и рулевой колонки. Кресло водителя перемещается в горизонтальной и вертикальной плоскости (изменяется угол наклона спинки), рулевая колонка перемещается в горизонтальной плоскости (изменяется угол наклона) [9.c 84].

Для удобства наблюдения и контроля за правильностью работы и работоспособностью агрегатов транспортного средства используется бортовой компьютер.

Бортовой компьютер дает информацию о режимах движения и неисправностях автомобиля, считывает коды в системе управления двигателем, обрабатывает информацию контроллера и отображает ее на дисплее, хранит в памяти и позволяет установить неисправности. Кроме того, компьютер показывает расход топлива: мгновенный (текущий) (л/ч), на 100 км пути (л/100 км), средний (л/100 км), общий (литров бензина после обнуления предыдущих показаний); остаток топлива в баке (л); скорость автомобиля: среднюю, максимальную (на последних 1000 м или за последнюю минуту движения); время разгона до скорости 100 км/ч (с); превышение скорости (звуковой сигнал); пробег; запас хода; текущее время и время поездки; календарь; температуру охлаждающей жидкости; температуру воздуха за бортом.

При перегреве двигателя и повышении температуры охлаждающей жидкости выше допустимой (105-115°С) бортовой компьютер показывает температуру и дает предупреждающий сигнал.

Кроме того, компьютер показывает угол опережения зажигания (УОЗ), электронный тахометр показывает обороты двигателя (мин^-1), массовый расход воздуха (кг/ч), время впрыска (мс), цикловой расход воздуха (кг/ч).

Комфорт езды характеризуют:

плавность хода и вибрации;

акустический комфорт (шумозащищенность);

микроклиматический комфорт салона (температура, скорость движения воздушного потока, влажность воздуха, газовый состав воздуха).

Плавность хода - это совокупность свойств, обеспечивающих ограничение вибронагруженности водителя, пассажиров, грузов, элементов шасси и кузова.

При движении автомобиля вибрации не должны вызывать неприятных ощущений и быстрой утомляемости водителя и пассажиров, а вибрации грузов, элементов шасси и кузова - их повреждений.

Акустический комфорт характеризуется уровнем внутреннего шума и уровнем внутреннего шума при скорости 100 км/ч (ДВА).

Микроклиматический комфорт салона обеспечивают такие конструктивные факторы, как наличие системы вентиляции и фильтрации воздуха.

Легковые автомобили имеют принудительную и естественную вентиляцию, которая обеспечивает воздухообмен в салоне. Система вентиляции состоит из электрического центробежного вентилятора с воздуховодами и дефростерами, окон, дверей, вентиляционного люка, выпускных клапанов на кузове.

Комфорт пассажира зависит от равномерности распределения и скорости движения воздушного потока, температуры воздуха в салоне.

В зависимости от скорости движения воздушного потока человек воспринимает температуру воздуха по-разному. Так, температуру воздуха 27-29°С при скорости потока 0,15-0,3 м/с человек воспринимает как температуру 24-26°С, а 0,5-1,0 м/с - 20-22°С.

В летний период излишний нагрев воздуха в салоне происходит из-за поступающего теплого воздуха и солнечных лучей, проникающих через прозрачные или открытые элементы кузова (стекла, люки), нагрева и передачи тепла от непрозрачных наружных панелей кузова, двигателя и агрегатов [9.c 94].

Воздухообмен основан на поступлении воздуха в салон из зоны повышенного давления в передней части кузова и выходе его в зонах разряжения - сбоку, сзади или в щели дверных проемов. Система вентиляции салона при закрытых окнах создает в нем избыточное давление, препятствующее попаданию внутрь загрязненного и запыленного воздуха.

При температуре окружающего воздуха выше 22°С пассажиры открывают оконные стекла. В салон поступает большой объем воздуха, который не может выйти через выпускные устройства и выходит через те же окна. В салоне возникают локальные вихревые потоки с повышенным и пониженным давлением, которые обусловливают неравномерность воздухообмена в салоне и снижают микроклиматический комфорт.

Требования к эффективности вентиляции регламентируются стандартом ГОСТ Р 50993-96 «Автомобильные средства. Системы отопления, вентиляции и кондиционирования. Требования к эффективности и безопасности». В салон автомобиля из окружающей среды поступает воздух, который может содержать: отработавшие газы; газообразные промышленные выбросы, сажу и пыль; микроскопические грибки, бактерии, насекомых, пух, пыльцу и споры растений.

Концентрация токсичных, канцерогенных, сенсибилизирующих веществ в салоне автомобиля может быть в 3-6 раз выше, чем в окружающей среде, и превышать ПДК.

Для очистки воздуха, поступающего в салон автомобиля через систему принудительной вентиляции, у воздухозаборных отверстий перед панелью приборов устанавливаются системы очистки воздуха. До 70% автомобилей, выпускаемых в Европе и США, оснащаются такими устройствами [12.c 92].

Основные методы очистки воздуха - механическая фильтрация с использованием тонковолокнистых объемных сеток или бумаги; адсорбция на активированных углях; электростатический метод.

Изготавливаются следующие элементы для очистки воздуха: - однослойные, состоящие из пористой бумаги или микроволокнистых нетканых материалов (задерживают пыльцу растений, тополиный пух, сажу, пыль и насекомых);

двухслойные, состоящие из механического внешнего фильтра и внутреннего абсорбционного (активированный уголь);

трехслойные, состоящие из двух механических фильтров и адсорбента.

Фильтр должен сохранять необходимую и достаточную эффективность очистки воздуха и производительность при температурах от -40 до +80°С, влажности до 95%, микробиологическую безопасность.

Комфортабельность салона определяется: комфортностью сидений, удельной полезной площадью салона (м²/чел.), полезной длиной и шириной салона (мм), наличием дополнительных приспособлений, повышающих удобство пассажиров.

Полезная длина салона - это горизонтальное расстояние от точки пятки водителя до контрольной точки посадки пассажира на заднем сиденье.

Полезная ширина салона - это ширина салона на уровне плеч пассажиров на заднем сиденье.

Удобство транспортировки грузов и багажа зависит от типа кузова автомобиля, объема (м³) и формы багажного отделения, возможности установки дополнительного багажника и прицепа.

Экономичность - совокупность свойств автомобиля, обеспечивающих наименьшие материальные затраты в течение срока службы или ресурса.

Экономичность автомобиля зависит от стоимости эксплуатации и обслуживания.

Затраты потребителя на эксплуатацию и обслуживание подразделяются на постоянные (налог с владельца транспортных средств, оплата государственного техосмотра) и эксплуатационные (оплата горюче-смазочных материалов, топлива, ремонта и технического обслуживания).

Затраты на горюче-смазочные материалы составляют наибольший удельный вес в расходах при условии надежности автомобиля и безаварийности движения. Эти затраты зависят от топливной экономичности автомобиля.

Топливная экономичность автомобиля характеризуется расходом топлива при эксплуатации в различных дорожных условиях (л/100 км). Согласно ГОСТ 4.396-88 в типовую номенклатуру показателей качества входят:

расход топлива при движении с постоянной скоростью 90 км/ч;

расход топлива при движении с постоянной скоростью 120 км/ч;

расход топлива в городском цикле.

Эти показатели характеризуют объем топлива, расходуемого на 100 км пробега при заданных условиях движения автомобиля.

Обобщенный приведенный расход топлива устанавливается для автомобилей, у которых максимальная скорость выше 130 км/ч. Он определяется как арифметическая сумма 25% значений расхода топлива при скорости 90 км/ч, 120 км/ч и 50% значений расхода топлива в городском цикле.

Топливная экономичность зависит от конструктивных и эксплуатационных факторов. Ее повышают использование электронной системы смесеобразования; экономичное электрооборудование; эффективное использование мощности двигателя на основе применения механической коробки переключения передач; снижение веса автомобиля; оптимизация аэродинамических свойств кузова и другие факторы.

Расход топлива зависит от навыков водителя и его стиля вождения, умения использовать кинетическую и потенциальную энергию автомобиля. Экономия топлива может составлять до 25%. Чрезмерное увеличение скорости движения приводит к большому перерасходу топлива.

Правильный подбор шин автомобилей позволяет снизить коэффициент сопротивления трению качения на 10% и уменьшить расход топлива на 2,5-3,5%. Сопротивление движению может возникать из-за снижения давления воздуха в шинах и нарушения схождения колес.

Техническое состояние автомобиля оказывает существенное влияние на удельный расход топлива и силы сопротивления движению. Причинами увеличения расхода топлива могут быть неисправности системы питания и зажигания, плохая регулировка зазоров клапанного механизма и фаз газораспределения, износ цилиндров и колец, образование нагара на стенках камер сгорания и днищах поршней, неисправности системы охлаждения и смазочной системы, применение топлива с низким октановым числом.

Надежность автомобиля оценивается по долговечности и безотказности.

Долговечность характеризуется установленным ресурсом (км) и коррозионной стойкостью кузова (лет). Коррозионная стойкость кузова определяется сроком службы кузова, календарной продолжительностью от начала эксплуатации автомобиля, в течение которой кузов не достигнет предельного состояния. Предельное состояние определяется наличием одной и более сквозных коррозионных перфораций, при которых эксплуатация кузова должна быть прекращена.